Atomska fizika

Istorijski razvoj atoma

Ljudi nisu oduvek znali šta tačno sačinjava supstanciju. Prvo materijalističko objašnjenje strukture supstancedali sustarogrčki filozofi prirode. Jedan od njih, Demokrit, verovao je da se priroda sastoji od nedeljivih i neuništivih čestica, koje je nazvao atomima (grčki „atomos“ znači „nedeljiv“).

,,Ne postoji ništa osim atoma i praznog prostora; sve drugo je fantazija.’’ – Demokrit.

Daltonov model

Savremene teorije o atomu počinju od engleskog naučnika Džona Daltona. On je prihvatio Demokritovu ideju o postojanju atoma, ali ih je predstavljao kao pune kugle.
U srži njegove teorije je upravo Demokritova ideja da svet čine male nedeljive čestice, ali ih je i opisao i dodao im relativne težine (uz dosta grešaka) stvarajući široku osnovu za modernu nauku.
Takođe je proučavao slepoću na boje (daltonizam).

Tompsonov statički model

Džozef Džon Tomson (1856 – 1940) je bio engleski fizičar. Njegov model atoma je bio poznat kao ,,MODEL JAGODE’’, ,,KOŠTICA U LUBENICI’’, ,,PUDING SA ŠLJIVAMA’’  ili ,,TESTO SA VIŠNJAMA’’: sastojao se od pozitivne sfere sa negativnim česticama na površini.

Ovaj model objasnio je elektrolizu, ali ne i linijske spektre atoma.

 

Raderfordov planetarni model

Raderford je izveo eksperiment sa alfa zracima na osnovu kojeg je predložio tzv. „planetarni model“ atoma, u kome su negativno naelektriane čestice kružile oko jezgra, poput planeta oko Sunca.
Godine 1903. izabran za člana (1925-30 za predsednika) Kraljevskog društva. Nobelovu nagradu za hemiju dobio je 1908. godine.
Nalazi se na novozelandskoj novcanici od 100 dolara.

Njegov model nije mogao da objasni stabilnost materije, kao ni linijske spektre atoma.

Raderfordov eksperiment

Borov model atoma

Nils Bor (1885 – 1962), danski fizičar, dao je takođe svoje viđenje atoma. Njegov model je nazvan „orbitalni“. Negativno naelektrisane čestice kružile su oko jezgra na većim ili manjim udaljenostima (orbitama).
1913. Nils Bor je “doterao” Raderfordov model sugerišući da se elektroni moraju kretati po jasno utvrđenim orbitama.
,,Those who are not shocked when they first come across quantum theory cannot possibly have understood it.’’(Niels Bohr on Quantum Physics)

Borov model prvi objašnjava linijske spektre vodonikovog atoma.

I Borov postulat: Atom se može naći u nizu diskretnih stacionarnih stanja u kojima niti emituje, niti apsorbuje energiju. U tim stanjima elektron se kreće oko jezgra u atomu po kružnoj putanji pod uticajem Kulonove električne privlačne sile (ona je uzrok centripetalnog ubrzanja elektrona).

II Borov postulat: Atom emituje ili apsorbuje energiju u vidu kvanata elektromagnetnog zračenja hν prilikom promene stacionarnog stanja, tj. prelaska elektrona između različitih orbita.

Kvantnomehanički model

1926. Ervin Šredinger, koristeći de Broljevu teoriju po kojoj se čestice mogu ponašati i kao talasi, razvija matematički kvantno-mehanički model atoma, koji elektrone posmatra kao trodimenzionalne talase.

Za razliku od Borovog shvatanja strukture atoma koje pretpostavlja postojanje
jednog kvantnog broja n kojim se određuje orbita i energija elektrona, savremena
kvantna mehanika je u fiziku atoma uvela 4 kvantna broja pomoću kojih opisuje
stanje elektrona ne samo u atomu tipa vodonika već i u višeelektronskim
atomima.
n – glavni kvantni broj – određuje ukupnu energiju atoma – (n=1, 2, 3, …);
l – orbitalni kvantni broj – određuje moment impulsa (količine kretanja) koji
elektroni poseduju zbog orbitalnog kretanja – (l=0, 1, 2, …, (n−1));
ml – orbitalni magnetni kvantni broj – određuje ponašanje elektrona u atomskoj
orbiti u primenjenom spoljašnjem magnetnom polju, koje utiče na njegovu
energiju – (ml= −l, …, −2, −1, 0, 1, 2, …, l);
ms – spinski magnetni kvantni broj – određuje spinski moment impulsa koji
elektroni poseduju zbog spina, rotacije oko sopstvene ose – (ms= −½, + ½).